2.原子的核式结构模型
课堂探究
探究一 α粒子散射实验和核式结构模型
问题导引
汤姆孙发现电子之后，人们立刻进行建立各种原子模型的尝试，你都知道有哪些典型的模型呢？
提示：汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型、玻尔模型。
名师精讲
1．α粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突分析
(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转。
(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不可能使α粒子反向弹回，这与α粒子散射实验相矛盾。
(3)实验现象表明原子中绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子大角度散射是不可能的。
2．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别
核式结构
枣糕模型
原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里
原子是充满了正电荷的球体
电子绕核高速旋转
电子均匀嵌在原子球体内
3．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释
(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小。因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转。
(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少。
(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少，如图所示。
警示 α粒子的质量是电子质量的七千多倍，α粒子与电子相碰类似于子弹与尘埃相碰，α粒子的运动方向也不会有明显的改变，更不可能使它反弹。
3
【例题1】
如图所示为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法不正确的是( )
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时稍少些
C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析：在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子被反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、C错误，D正确。
答案：BC
反思(1)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用。
(2)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电量都集中在体积很小的核上。
探究二 α粒子散射实验中的能量转化问题
问题导引
α粒子散射实验中，α粒子的偏转情况实际上是由于金原子核对其的库仑力所造成的，试分析α粒子的受力特点。
提示：α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力，大小：F=，方向：沿原子核与α粒子的连线且指向α粒子；α粒子离原子核越近，库仑力越大，运动加速度越大。反之，则越小。
名师精讲
3
1．由于原子核很小，大多数α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响。
2．只有极少数α粒子有机会与原子核接近，明显地受到原子核的斥力而发生大角度的偏转。
3．库仑力对α粒子做功的情况：
(1)当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加。
(2)当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。
警示(1)α粒子与原子核之间的万有引力远小于两者之间的库仑斥力，因而可以忽略不计。
(2)在处理α粒子等微观粒子时一般不考虑重力。
【例题2】
如图所示，Q为金原子核，M、N为两个等势面，虚线为α粒子经过原子核附近的运动轨迹，关于α粒子，下列说法正确的是( )
A．α粒子从K到R的过程中动能逐渐增加
B．α粒子从K到R的过程中动能逐渐减小
C．α粒子从K到R的过程中动能先减小后增加
D．α粒子从K到R的过程中电势能先增加后减小
解析：在α粒子从K到离原子核最近的过程中，库仑斥力做负功，动能逐渐减小，电势能逐渐增加；在α粒子从离原子核最近到R的过程中，库仑斥力做正功，动能增加，电势能减小。由此可知，C、D正确。
答案：CD
反思只在库仑力做功的情况下，α粒子的电势能与其动能之和保持不变。
3
微信/支付宝扫码支付